Coelacanth tiết lộ những hiểu biết mới về sự tiến hóa của hộp sọ

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế trình bày những quan sát đầu tiên về sự phát triển của hộp sọ và não trong coelacanth Latimeria chalumnae còn sống. Nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Nature , cung cấp những hiểu biết mới về sinh học của loài động vật mang tính biểu tượng này và sự tiến hóa của hộp sọ của động vật có xương sống.

Coelacanth Latimeria là một loài cá biển có liên quan chặt chẽ với tetrapods, động vật có xương sống bốn chân bao gồm lưỡng cư, động vật có vú và bò sát. Coelacanths được cho là đã tuyệt chủng trong 70 triệu năm, cho đến khi một ngư dân Nam Phi vô tình bắt được một mẫu vật sống vào năm 1938. Tám mươi năm sau khi phát hiện ra, Latimeria vẫn quan tâm đến khoa học để tìm hiểu nguồn gốc của tetrapods và sự tiến hóa của chúng họ hàng hóa thạch gần nhất – loài cá có vây thùy.

Một trong những đặc điểm khác thường nhất của Latimeria là braincase có bản lề, thường chỉ được tìm thấy ở nhiều loài cá có vây thùy hóa thạch từ thời kỳ Devonia (410-360 triệu năm trước). Braincase của Latimeria được chia hoàn toàn thành phần trước và phần sau bởi một khớp gọi là “khớp nội sọ”. Ngoài ra, bộ não nằm xa phía sau của braincase và chỉ chiếm 1% trong khoang chứa nó. Sự không phù hợp giữa não và khoang của nó là hoàn toàn vô song giữa các động vật có xương sống. Làm thế nào hộp sọ coelacanth phát triển và tại sao bộ não vẫn còn quá nhỏ đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều năm. Để trả lời những câu hỏi này, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các mẫu vật ở các giai đoạn phát triển sọ khác nhau từ một số bộ sưu tập lịch sử tự nhiên công cộng.

Mặc dù nhiều mẫu vật của coelacanth trưởng thành có sẵn trong các bộ sưu tập lịch sử tự nhiên, các giai đoạn đầu đời như bào thai là cực kỳ hiếm. Do đó, các nhà khoa học đã sử dụng các kỹ thuật hình ảnh tiên tiến để hình dung giải phẫu bên trong của mẫu vật mà không làm hỏng chúng. Họ đáng chú ý đã số hóa một bào thai dài 5 cm, giai đoạn phát triển sớm nhất có sẵn cho Latimeria, với phương pháp vi phẫu bằng tia X synchrotron tại Synchrotron châu Âu (ESRF). Trong hai thập kỷ qua, ESRF đã phát triển chuyên môn độc đáo trong việc thiết kế các kỹ thuật không xâm lấn được sử dụng rộng rãi cho các nghiên cứu sinh học tiến hóa.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng chụp hình các giai đoạn khác bằng máy quét cộng hưởng từ (MRI) mạnh mẽ tại Viện não và cột sống (Paris, Pháp) và một máy chụp X-quang siêu nhỏ thông thường tại Muséum d’Histoire naturelle (Paris , Pháp). Những dữ liệu này được sử dụng để tạo ra các mô hình 3D chi tiết, cho phép các nhà khoa học mô tả hình dạng của hộp sọ, não và notochord (một ống kéo dài bên dưới não và tủy sống trong giai đoạn đầu đời) thay đổi từ thai nhi đến một người trưởng thành.

Họ cũng quan sát cách các cấu trúc này được định vị so với nhau ở từng giai đoạn và so sánh các quan sát của chúng với những gì đã biết về sự hình thành hộp sọ ở các động vật có xương sống khác.

Trái ngược với hầu hết các động vật có xương sống khác, nơi mà notochord được thay thế bằng cột sống sớm trong quá trình phát triển phôi, notochord mở rộng đáng kể ở Latimeria. Sự mở rộng đáng kinh ngạc của notochord có khả năng ảnh hưởng đến việc tạo ra braincase và có thể làm nền tảng cho sự hình thành của khớp nội sọ. Bộ não cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự mở rộng của notochord, vì kích thước tương đối giảm đáng kể trong quá trình phát triển.

Những kết quả này lần đầu tiên phát triển sự phát triển của hộp sọ và não coelacanth sống và mở ra con đường mới cho nghiên cứu về sự tiến hóa của đầu động vật có xương sống.

Hugo Dutel, tác giả chính và cộng tác viên nghiên cứu về palaeobiology tại Đại học Bristol, Anh, nói: “Đây là những quan sát rất độc đáo, nhưng chúng chỉ đại diện cho một bước tiến nhỏ so với số lượng chúng ta biết về sự phát triển của các loài khác. vẫn còn nhiều câu hỏi hơn câu trả lời! Latimeria vẫn nắm giữ nhiều manh mối cho sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của động vật có xương sống và điều quan trọng là phải bảo vệ loài bị đe dọa này và môi trường của nó. “

Nguồn truyện:

Vật liệu được cung cấp bởi Cơ sở bức xạ Synchrotron châu Âu . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Dutel, H., Galland, M., Tafforeau, P., Long, JA, Fagan, MJ, Janvier, P., Herrel, A., Santin, MD, Clément, G., Herbin, M. Neurocranial phát triển của coelacanth và sự tiến hóa của đầu sarcopterygian . Thiên nhiên , 2019 DOI: 10.1038 / s41586-019-1117-3